Wykład 1B/1 Definicje i pojęcia podstawowe

Ciepłownictwo określa systemy wytwarzania, magazynowania, przesyłania i dystrybucji ciepła dla zbioru budynków. Pierwotnie w czasach gdy jednostką ciepła był „cieplik” - druga połowa 19 tego wieku i pierwsza połowa 20 tego wieku - systemy te nazywano „ogrzewaniem zdalaczynnym”. Na świecie pierwsze systemy ciepłownicze powstały w drugiej połowie 19 wieku w Nowym Yorku , Chicago , Paryżu i Berlinie - jako systemy parowe. Jednym z pierwszych takich systemów wykonanym w Polsce w latach 1900 -1901 był system na terenie głównym Politechniki Warszawskiej ( o mocy 5 MWth ) początkowo w wersji ogrzewania powietrznego potem wodnego, kolejno, drugi system zbudowała Warszawska Spółdzielnia Mieszkaniowa na Żoliborzu. Pierwszy system ciepłowniczy dużej mocy (200 MWth ) w kraju powstał w Warszawie po przerobieniu elektrowni kondensacyjnej na Powiślu w roku 1953 na EC dla zasilania Pałacu Kultury. System ten stopniowo rozwijał się do dzisiejszej mocy ok. 4000 MWth co pozwoliła eliminować tysiące tzw. „niskich emitorów” - rozproszonych kotłowni węglowych przeważnie ułamkowych mocy.

Źródłami ciepła w systemach ciepłowniczych są:

Elektrociepłownie (EC) w których w systemach skojarzonych - kogeneracyjnych - wytwarzana jest energia elektryczna i cieplna.

Ciepłownie (C) w których wytwarzane jest wyłączne ciepło sieciowe.

Paliwem chemicznym w tych źródłach może być : węgiel kamienny, brunatny, , oleje opałowe, gaz ziemny czy ciekły ,biomasa oraz energia jądrowa.

Źródła alternatywne w których wykorzystujące energię geotermalną, czy energię promieniowania słonecznego.

Czynnikami roboczymi są: woda o wysokich parametrach np. 150/70^oC

• średnich parametrach np. 130/60^oC

• niskich parametrach np.110/60^oC

• para wodna przegrzana ( sucha ) lub wilgotna -niskoprężna p< 0,07 MPa nadciśnienia przeważnie wilgotna oraz para wysokoprężna o p> 0,07 Mpa przeważnie przegrzana lub nasycona.

Sieci ciepłownicze zasilają instalacje:

• centralnego ogrzewania (co ),

• ciepłej wody użytkowej (cwu )

• wentylacyjno - klimatyzacyjne i chłodnicze (wik)

• technologiczne (tech )

po przez węzły ciepłownicze (w.c ) następujących rodzajów.

w.c wymiennikowy w.c bezpośredni w.c. bezpośrednie

w.c. pobór pośredni hygroelewatorowy zmieszanie pompowe

bezpośredni

podłączenie

bezpośrednie

EC lub C

Rodzaje węzłów ciepłowniczych

Wykład 1 B/2

PROBEM 1

Układy funkcjonalne sieci ciepłowniczych

• sieć jednoprzewodowa - jednostronna, układ otwarty

• 
  sieć jednoprzewodowa - praca rewersyjna ,

• 
  
  
  
  sieć dwuprzewodowa

co +cwu

• 
  sieć trójprzewodowa - wspólny powrót techn.

• 
  sieć czwórprzewodowa

Podział sieci ciepłowniczych z punktu widzenia technologii wykonania

• kanały zbiorcze , przełazowe,

• kanały tradycyjne, nieprzełazowe,

• sieci bezkanałowe ; np. technologia rur preizolpwanych,

• sieci napowietrzne: niskie i wysokie estakady.

PROBELEM 2

Podstawowe pojęcia

• wielkość systemu ciepłowniczego:od paru MWth do paru tysięcy MWth,

• ∑Q = Qco + Q cwu + Qwent + Q techn + Qstrat [ MWtch ]

Qco = q V - q -jednostkowe obliczeniowe zapotrzebowanie mocydla inst. co [kW/ m³], V - kubatura budynku,

Qcwu - zapotrzebowanie mocy cieplnej na potrzeby cwu , w skali miasta 10 - 15 % ∑Q

Q went, Qtechn - zapotrzebowanie mocy dla inst. wentylacyjnych i klimatyzacyjnych,

Qstrat - transportowe straty ciepła = Qu +Qv: na drodze przenikania oraz w wyniku nieszczelności systemu,

Q zam. moc zamówiona przez odbiorców - końcowych oraz dystrybutorów w źródłach

[Qzam]_źródłe< ∑Qzam_odbiorców

z powodów niejednoczesności poborów, akumulacyjności cieplnej sieci ciepłowniczej - sieć jest liniowym zasobnikiem ciepła, opóźnień transportowych

[Qzam]_źródłe = β∑Qzam_odbiorców

przeważnie β = 0, 85 do 0,95 - im większy system tym wartość β mniejsze.

Siec ciepłownicza - długość do paru set do 1600 km w systemie , długość sieci ciepłowniczej w Polsce ok. 16 000 km,

Jednostkowe obliczeniowa moc cieplna odniesiona do 1km długości sieci ε = 0,8 do 3,5 MWtch/ km sieci - wielkość określa rozciągłość systemów ciepłowniczych: Dania 0,8 .

PROBLEM 3

KSZTAŁT SYSTEMU CIEPŁOWNICZEGO.

System noże być zasilany z jednego lub wielu źródeł ciepła, decydują o tym:

• Sumaryczna moc zamówiona,

• Kształt aglomeracji i warunki terenowe np. wysokościowe, rzeki itp.

• Warunki meteorologiczne.

• Rozkład gęstości cieplnej terenu, przesłanki historyczne

linia podziału

Aglomeracja liniowa zasilanie dwustronne - np. . Trójmiasto

Zasilanie jednostronne,

miasto małe zwarte

WW

Lącznie

Aglomeracja duża - Warszawa- zasilanie z wielu źródeł

PROBLEM 4

ZWIĄSKI URBANISTYKA[ U ] - ENERGETYKA [E ] P -CIEPŁOWNICTWO [C]

Elektrociepłownie są znaczącą częścią systemu elektroenergetycznego. W kraju ok.14% energii elektrycznej wytwarzane jest w skojarzeniu z wytwarzaniem ciepła np. w Danii czy Finlandii na poziomie 35 - 40 %. Istnieje przymus prawny nakazujący zakupywanie energii elektrycznej wytwarzanej w skojarzeniu ( kogeneracji). Ponadto systemy ciepłownicze są istotnym składnikiem lokalnych systemów energetycznych - może być czynnikiem miastotwórczym. Dlatego procesy rozwojowe i optymalizacyjne systemów c. powinny uwzględniać problematyką urbanistyczną np. ochrony środowiska - i energetyczną - np. zasilanie miasta w energię elektryczną czy paliwa gazowe.

U C

E

WYKŁAD 1B/4

URBANISTYKA

MIEJSKA INFRASTRUKTUR

Obszary optymalizacji decyzji w energetyce; decyzja nadrzędna - wyższego obszaru decyzyjnego staje się parametrem dla decyzji optymalizacji cząstkowej niższego rzędu. Stąd też optymalizacja powinna przebiegać „ w dół”.

PROBLEM 5

STRUKTURA SIECI CIEPŁOWNICZEJ

Problem sprowadza się do wyboru kofiguracji sieci z uwzględnieniem wszystkich ograniczeń również deterministycznych, rachunku optymalizacji ekonomicznej, czynników bezpieczeństwa energetycznego czyli zagadnień niezawodności sieci.

Struktury sieci ciepłowniczej:

• Struktura typu drzewo z zasilaniem jednostronnym

• Struktura pierścieniowa z zasilaniem wielostronnym

• 
  Praca źródła na sieć wydzieloną

• Praca źródeł na sieć otwartą

Dygresja

Rozkład nakładów inwestycyjnych

Źródła ciepła - ok.23%

Sieci - ok.43%

Instalacje wewnętrzne- ok.35%

Razem 100%

PROBLEM 6

ZAGADNIENIA HYDRAULICZNO - CIEPLNE

Zagadnienia te wiążą się zarówno z projektowaniem jak i eksploatacją sieci. Należą do nich problemy:

• Regulacji mocy systemu, czyli określenia zależności Q = f (τ_r, τ_d ) - w funkcji czasu roku czy doby, rozróżnia się przy tym :

1. regulację jakościową w której T_sc ≠ const natomiast G ≈ const,

2. regulację ilościowa w której T_sc = const natomiast G ≠ const

3. regulację mieszaną gdy T_sc ≠ const oraz G ≠ const.

• Ponadto należy zdecydować o :

1. Zagadnienia projektowe - średnicach rurociągów, prędkościach wody, spadkach ciśnienia czy punktach współpracy na charakterystykach pomp,

W mieście tym w 19 wieku zbudowano sieć podziemnych tuneli którymi rozwożono węgiel i usuwano popiół, tunele te stały się powodem zalania miasta

5

grzejnik

Z

O

Z

O

O

Z

o

O

Z

O1

O2

Rysunki

EC Źerań

1400 MWth

C Kawęczyn

240 MWth

EC Siekierki

2326MWth

C - Wola

465 MWth

EC Ursus

46MWth

Łączna moc dyspozycyjna

4718 MWth

moc zamówiona ok. 4000 MWth

CIEPŁOWNICTWO

ELEKTRO -ENERGETYKA

OBSZAR OPTYMALIZACJ DECYZJI

EC

OPTYMALIZACJA W DÓŁ

Rysunki

---